RU2000333C1 - Capsule for introducing reagents into smelt - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  легировани  и модифицировани . Капсула имеет корпус, головку, крышку, в корпус помещен порошкообразный реагент, отделенный от внутренней поверхности корпуса капсулы зазором величиной 0.1-3.0 мм. Зазор заполнен малотеплопроводным материалом.The invention can be used for alloying and modification. The capsule has a housing, a head, a cover, a powdery reagent is placed in the housing, separated from the inner surface of the capsule body by a gap of 0.1-3.0 mm. The gap is filled with low heat conductive material.

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к доменному и сталеплавильному производствам, и может быть использовано при выплавке металлов дл  их легировани , микролегировани , модифицировани , раскислени  и внесени  добавок с другими цел ми.The invention relates to metallurgy, in particular to blast furnace and steelmaking, and can be used in the smelting of metals for alloying, microalloying, modifying, deoxidizing and adding additives for other purposes.

Дл  проведени  эффективного раскислени , десульфурации, модифицировани  в жидкий металл, наход щийс  в ковше, внедр ют металлические пули, капсулы и т.д.In order to effect effective deoxidation, desulfurization, and modification, metal bullets, capsules, etc. are introduced into the liquid metal in the bucket.

Известен ввод реагентов в расплав, заключающийс  в подаче в ковш с жидким металлом путем выстреливани  однородных металлических пуль, состо щих либо из одного высокоактивного элемента типа алюмини  или кальци  (Iron and Steel Inst. 1978. 51. N: 5. 307. 309, 311-312, 315-317. Черна  металлурги , 1979, 3B563). либо из нескольких элементов, например бора или ферробора (РЖ Черна  металлурги . 1988. № 12 реФ В358П, Патент США № 4728361. за вл 23 1086 N 922244; опубл. 01 0388 г МП1 С 21 С 7/02, НКИ 75/53).It is known to introduce reagents into the melt, which consists in feeding into a ladle with liquid metal by firing homogeneous metal bullets consisting of either one highly active element such as aluminum or calcium (Iron and Steel Inst. 1978. 51. N: 5. 307. 309, 311 -312, 315-317. Chern metallurgists, 1979, 3B563). or from several elements, for example boron or ferroboron (RJ Chern metallurgists. 1988. No. 12 reF V358P, US Patent No. 4728361. Own 23 1086 N 922244; publ. 01 0388 g MP1 C 21 C 7/02, NKI 75/53 )

Применение указанной технологии в практике ныне действующих цехов влечет повы- шенные расходы на изготовление специального нестандартного оборудовани , на повышение стоимости исходных материалов .The use of this technology in the practice of existing workshops entails increased costs for the production of special non-standard equipment, and for an increase in the cost of raw materials.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  капсула дл  ввода реагентов в металлический расплав путем выстреливани  в жидкий расплав с помощью метательного устройства. Капсула содержит головку, крышку, корпус, порошкообразный реагент, помещенный корпус капсулы и соприкасающийс  с ее внутренней поверхностью по всей площади их контакта, т.е. составл ет с наполните- лем-металлическим порошкообразным реагентом одно целое тело (Япони . За вка N 55-31814. Публикаци  1986 г, 21.08 . Nfc 3- 796. За влено 15.07.76 г.. Nfc 51-84806 МКИ С 22 В 9/10. С 21 С 1/02. Рис. 1-прототип)The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a capsule for introducing reagents into the metal melt by firing into the liquid melt using a throwing device. The capsule contains a head, a lid, a housing, a powdery reagent, a placed capsule housing and in contact with its inner surface over the entire area of their contact, i.e. with a filler-metal powder reagent, it is one whole body (Japan. Application No. 55-31814. Publication 1986, 21.08. Nfc 3- 796. Claimed 15.07.76 g. Nfc 51-84806 MKI C 22 V 9/10. C 21 C 1/02. Fig. 1-prototype)

Недостатком известной капсулы  вл етс  то. что при вводе таких тел в жидкийA disadvantage of the known capsule is that. that when entering such bodies into liquid

ОABOUT

расплав на поверхность капсулы намерзает слой охлажденного расплава. Вследствие этого, а также больших величин критери  БиО, котора  может быть выражена формулой5the melt on the surface of the capsule freezes a layer of cooled melt. As a result of this, as well as the large values of the BiO criterion, which can be expressed by the formula5

ВгVg

а дa d

где а - коэффициент теплоотдачи от жидкого расплава к наружной поверхности капсу- лы; д- радиус капсулы. - средн   теплопроводность материала капсулы и ре- агента, врем  расплавлени  капсул возрастает и может превысить длительность пребывани  капсул в контакте с жидким расплавом. Это вынуждает ограничивать размер капсул, массу отдельной капсулы и массовую скорость ввода капсул. В соответствии с законами теплофизики тела: имею- щие Bi 0,1. относ тс  к массивным, дл  которых характерным  вл етс  больша  длительность нагрева и расплавлени . При увеличении продолжительности расплавлени  материала оболочки капсулы сокращаетс  путь и врем  контакта порошков реагента с расплавом в процессе их всплы- вани  в-толще металла, что снижает степень усвоени  вводимых реагентов, стабильность и точность легировани .where a is the heat transfer coefficient from the liquid melt to the outer surface of the capsule; d is the radius of the capsule. - the average thermal conductivity of the material of the capsule and reagent, the melting time of the capsules increases and may exceed the duration of the capsules in contact with the liquid melt. This makes it necessary to limit the size of the capsules, the mass of an individual capsule, and the mass rate of capsule administration. In accordance with the laws of thermophysics of the body: having Bi 0.1. relate to massive, characterized by a long duration of heating and melting. With an increase in the duration of the melting of the material of the capsule shell, the path and time of contact of the reagent powders with the melt during their flooding in the thickness of the metal is reduced, which reduces the degree of assimilation of the introduced reagents, the stability and accuracy of alloying.

Цель изобретени  - сокращение продолжительности расплавлени  оболочки капсул, повышение степени усвоени  вво- димых реагентов, стабильности и точности легировани .The purpose of the invention is to reduce the duration of capsule shell melting, increase the degree of assimilation of the introduced reagents, and the stability and accuracy of alloying.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе ввода реагентов в металлический расплав, включающем выстре- ливание в жидкий металл с помощью метательного устройства капсул, содержащих головку, крышку, корпус, порошкообразный реагент, помещенный корпус капсулы, отделен от внутренней поверхно- сти корпуса капсулы по всей площади их контакта зазором величиной 0,1-3,0 мм, который заполнен теплоизол ционным материаломскоэффициентом теплопроводности 0,02-0,70 Вт/м град (см. чертеж). Благодар  наличию зазора 1, заполненного малотеплопроводным веществом или материалом, отвод тепла от оболочки вглубь капсулы снижаетс  во много раз. Поэтому тонка  металлическа  оболоч- ка капсул (толщина 0.4-1 мм) в процессе нагрева ведет себ  как отдельное тонкое тело, имеющее малое значение критери  В (менее 0,1). Вследствие этого материал оболочки как тонкое тело быстро прогреваетс ,This goal is achieved in that in the known method for introducing reagents into a metal melt, including shooting into liquid metal using a throwing device of capsules containing a head, a lid, a housing, a powdery reagent, a placed capsule body, is separated from the inner surface of the capsule body over the entire area of their contact, a gap of 0.1-3.0 mm, which is filled with insulating material with a thermal conductivity coefficient of 0.02-0.70 W / m deg (see drawing). Due to the presence of a gap 1 filled with a low heat conductive substance or material, heat removal from the shell deep into the capsule is reduced many times. Therefore, the thin metal shell of the capsules (thickness 0.4–1 mm) during heating behaves as a separate thin body with a small value of criterion B (less than 0.1). As a result, the sheath material as a thin body warms up quickly,

00

,- п n , - n n

с with

п п g n n g

исключаетс  намерзание на ней корочки затвердевшего расплава, резко сокращаетс  врем  расплавлени  оболочки капсулы. Ускоренное расплавление оболочки обеспечивает поступление наход щегос  в корпусе 2 капсулы реагента 3 в жидкий расплав в точке максимального заглублени  капсулы. Это увеличивает до максимума путь, проходимый порошками в металле при их всплывэ- нии, а также врем  контакта порошков реагента с расплавом. Следствием этого  вл етс  повышение степени усвоени  вводимых материалов,freezing of the crust of solidified melt on it is excluded, and the time of melting of the capsule shell is sharply reduced. The accelerated melting of the shell allows the reagent 3 capsules located in the housing 2 to enter the liquid melt at the point of maximum penetration of the capsule. This maximizes the path traveled by the powders in the metal as they float, as well as the contact time of the reactant powders with the melt. The consequence of this is an increase in the degree of assimilation of input materials,

стабильности и точности легировани  расплава. Толщина эзора 0,1-3 мм отвечает условию минимального отвода тепла от стенок корпуса капсулы через зазор в объем реагента, наход щегос  внутри капсулы, при использовании в качестве теплоизолирующего материала широкого класса веществ и материалов, начина  от газов и заканчива  твердыми огнеупорными материалами с пористым строением. Нижнее значение зазора относитс  к случаю, когда промежуток между корпусом капсулы и порошкообразным наполнителем заполнен газом, теплопроводность которого по сравнению с жидкостью или твердым материалом на несколько пор дков меньше и лежит в пределах 0,01-0,10 Вт/м град. При меньшем значении величины зазора тепло- отвод от стенок капсулы к реагенту начинает заметно расти, что способствует увеличению продолжительности расплавлени  капсулы . Верхнее значение зазора относитс  к применению теплоизол ционных материалов в виде твердых тел (например, картона, глины, асбеста, ткани и т.д.), теплопроводность которых лежит в пределах 0,02- 0,70 Вт/м град. Это влечет за собой необходимость увеличени  толщины зазора и теплоизол ционного сло . Дальнейшее увеличение толщины сло  сверх 3 мм, хот  несколько снижает интенсивность отвода тепла от поверхности внутрь капсулы,  вл етс  нежелательным, так как уменьшает полезный объем капсулы и количество реагента, содержащегос  в капсуле.stability and accuracy of alloying the melt. The thickness of the ezor 0.1-3 mm meets the condition for minimum heat removal from the walls of the capsule body through the gap into the volume of the reagent inside the capsule when using a wide class of substances and materials as heat insulating material, starting from gases and ending with solid refractory materials with porous structure. The lower value of the gap refers to the case when the gap between the capsule body and the powdery filler is filled with a gas whose thermal conductivity is several orders of magnitude lower than that of a liquid or solid material and lies in the range of 0.01-0.10 W / m deg. With a smaller value of the gap, the heat removal from the walls of the capsule to the reagent begins to increase noticeably, which contributes to an increase in the duration of capsule melting. The upper value of the gap refers to the use of thermal insulation materials in the form of solids (e.g. cardboard, clay, asbestos, fabric, etc.), whose thermal conductivity is in the range of 0.02-0.70 W / m deg. This entails the need to increase the thickness of the gap and the insulating layer. A further increase in the layer thickness in excess of 3 mm, although it slightly reduces the rate of heat removal from the surface inside the capsule, is undesirable since it reduces the useful volume of the capsule and the amount of reagent contained in the capsule.

Изложенные положени  были подтверждены результатами экспериментов. Опыты показали, что толщина изол ционного сло  0,1-3,0 мм соответствует достижению наилучших технико-экономических показателей .The stated positions were confirmed by experimental results. The experiments showed that the thickness of the insulating layer of 0.1-3.0 mm corresponds to the achievement of the best technical and economic indicators.

Применение в качестве теплоизол ционных материалов различных сред, имеющих коэффициент теплопроводности в пределахО,02-0,70 Вт/м град, охватывает область от газов до материалов обычно примен емых дл  тепловой изол ции. Эти материалы относительно недороги и недефицитны , что имеет важное практическое значение.The use of various media as thermal insulation materials having a coefficient of thermal conductivity in the range of O, 02-0.70 W / m deg, covers the area from gases to materials commonly used for thermal insulation. These materials are relatively inexpensive and not deficient, which is of great practical importance.

Нижнее значение коэффициента теплопроводности 0.02 Вт/м град, принадлежит воздуху. Его использование в качестве сло , замедл ющего перенос тепла от поверхности стенки капсул в объем наход щегос  в ней реагента,  вл етс  наиболее рациональным, поскольку в процессе размещени  реагента капсуле зазор между реагентом и внутренней поверхностью заполн етс  воздухом автоматически, не требу  никаких дополнительных мер. Использование аргона, обладающего несколькоменьшимкоэффициентом теплопроводности (0.014 Вт/м град.) по сравнению с воздухом с позицией сокращени  отвода тепла, предпочтительнее. Однако заполнение зазора аргоном требует герметизации капсулы и наличи  специального оборудовани , что удорожает стоимость изготовлени  капсул. Поэтому применение воздуха более целесообразно, чем аргона, не говор  уже о других газах, обладающих окислительным потенциалом по отношению к материалу наполнител  (диоксиды углерода и водорода).The lower value of the coefficient of thermal conductivity 0.02 W / m ha, belongs to the air. Its use as a layer slowing down the transfer of heat from the surface of the capsule wall to the volume of the reagent contained in it is the most rational, since the gap between the reagent and the inner surface is automatically filled with air during the placement of the reagent, without any additional measures. The use of argon, which has a slightly lower coefficient of thermal conductivity (0.014 W / m deg.) Than air, with a reduction in heat removal, is preferable. However, filling the gap with argon requires sealing the capsule and the availability of special equipment, which increases the cost of manufacturing the capsules. Therefore, the use of air is more appropriate than argon, not to mention other gases that have an oxidizing potential with respect to the filler material (carbon dioxide and hydrogen).

Верхнее значение коэффициента теплопроводности отвечает условию применени  глин и других огнеупорных материалов, имеющих повышенное значение коэффициента теплопроводности, равное 0,7-1,05 Вт/м град. Эти значени  близки к коэффициенту теплопроводности порошков различных ферросплавов, измен ющемус  в зависимости от марки сплава и пористости в пределах 0,9-2,8 Вт/м град. Поэтому применение в качестве теплоизол ционных материалов твердых тел и веществ с коэффициентом теплопроводности выше 0,7 Вт/м град слабо сказываетс  на уменьшении отвода тепла и не дает положительных результатов.The upper value of the coefficient of thermal conductivity meets the condition for the use of clays and other refractory materials having an increased value of the coefficient of thermal conductivity equal to 0.7-1.05 W / m deg. These values are close to the coefficient of thermal conductivity of powders of various ferroalloys, which varies depending on the grade of alloy and porosity in the range of 0.9-2.8 W / m deg. Therefore, the use of solids and substances with a thermal conductivity coefficient higher than 0.7 W / m deg as thermal insulation materials has a weak effect on reducing heat removal and does not give positive results.

Пример. Предлагаемый способ ввода реагентов в металлический расплав опробовали на опытах в индукционной печи. Расплав имел температуру 1600-1610°С, химсостав металла отвечал стали 3. Капсулы изготавливали из стали 08КП с толщиной оболочки 0,5 мм на трубосварочном стане.Example. The proposed method for introducing reagents into the metal melt was tested in experiments in an induction furnace. The melt had a temperature of 1600-1610 ° C, the chemical composition of the metal corresponded to steel 3. The capsules were made of 08KP steel with a shell thickness of 0.5 mm on a pipe welding mill.

5 Диаметр капсул составл л 50 мм. длина 650 мм. Величина зазора (от внутренней стенки капсулы до порошкообразною оеагента)составл ет 0.1 мм. В качестве теплоизол ционного вещества использовали воздух с5 The diameter of the capsules was 50 mm. length 650 mm. The gap (from the inner wall of the capsule to the powdery agent) is 0.1 mm. Air was used as a heat insulating substance.

0 коэффициентом теплопроводности 0,02 Вт/м град. Наполнитель - порошкообразный силикокальций СК-30 фракции 0,5 мм. Капсула введена с помощью пневматиче- ского метательного устройства. Врем  рас5 плавлени  капсулы составл ет 6,3 с. Степень усвоени  кальци  металлом равна 12,8%.0 coefficient of thermal conductivity of 0.02 W / m deg. Filler - powdered silicocalcium SK-30 fractions of 0.5 mm. The capsule is inserted using a pneumatic throwing device. The capsule melts at 6.3 s. The degree of calcium uptake by the metal is 12.8%.

Данные экспериментов (примеры 5-9) и прототипа (1-4) приведены в таблице.The data of experiments (examples 5-9) and prototype (1-4) are shown in the table.

0 Как видно из таблицы, в 3-6 раз сокращаетс  врем  растворени  капсулы в жидком расплаве, повышаетс  на 25-50% степень усвоени  высокореакционных элементов (типа кальци ), а также в 2-3 раза0 As can be seen from the table, the time of dissolution of the capsule in the liquid melt is reduced 3–6 times, the degree of assimilation of highly reactive elements (such as calcium) increases by 25–50%, and also by 2–3 times

5 снижаютс  колебани  степени усвоени  элементов и повышаетс  точность легировани  на 30-45%. Применительно к обработке стали силикокальцием экономи  за счет лучшего использовани  кальци  и сокращени 5, fluctuations in the degree of assimilation of elements are reduced, and doping accuracy is increased by 30-45%. In the case of steel treatment with silicocalcium, the savings are due to better calcium utilization and reduction

0 его расхода составл ет 0,3-0,6 руб./т стали. Одновременно с этим улучшаетс  изотропность свойств металла и -повышаетс  стабильность механических свойств металла в пределах плавки и от плавки к плавке.0 of its consumption is 0.3-0.6 rubles per ton of steel. At the same time, the isotropy of the properties of the metal is improved and the stability of the mechanical properties of the metal within the melting range and from melting to melting is improved.

Claims (1)

5 Формула изобретени 5 Claims Капсула дл  ввода реагентов в металлический расплав, состо ща  из корпуса с помещенным внутрь порошкообразным реагентом, головки и крышки, отличаю0 щ а   с   тем, что, с целью сокращени  времени расплавлени  корпуса, повышени  степени усвоени  вводимых реагентов, ста- бипьности и точности легировани , внутренн   поверхность корпуса капсулы отделенаA capsule for introducing reagents into a metal melt, consisting of a body with a powdered reagent placed inside, a head and a cover, characterized in that, in order to reduce the time of melting of the body, to increase the degree of assimilation of the introduced reagents, the stability and accuracy of alloying, the inner surface of the capsule body is separated 5 от порошкообразного реагента по всей площади их контакта зазором, равным 0.1-3,0 мм, заполненным теплоизол ционным материалом .5 from the powdered reagent over the entire area of their contact with a gap of 0.1–3.0 mm filled with thermal insulation material. // 22